Режимы электрических сетей
Основной задачей эксплуатации электрических сетей является поддержание в них необходимой пропускной способности и достаточного напряжения. Выделяют несколько режимов электрических сетей. К параметрам режима относятся показатели частоты, напряжения и мощности электропередачи.
Какие режимы электрических сетей бывают
В зависимости от значения главных параметров — частоты и напряжения, различают нормальный режим, аварийный режим, летний и зимний режимы электрических сетей.
Нормальный режим электрических сетей
Нормальный режим характеризуется показателями, близкими к номинальным. В таком режиме обеспечивается плавное регулирование работы электростанций, минимизируются потери электрической энергии в сети, удобно осуществляются оперативные переключения. Нормальный режим электрической сети обеспечивает снабжение электроэнергией потребителей без перебоев и с достаточным уровнем напряжения.
Нормальным является также режим, когда происходит включение-отключение линии высокой мощности трансформатора и моменты высоко амплитудных перепадов напряжения, длящихся доли секунд.
Аварийный режим электрических сетей
Режим становится аварийным в том случае, если система, при переходе из одного состояния нормы в другое, отмечается резкое изменение параметров частоты тока и напряжения. К аварийным вариантам работы электрических сетей относятся такие отклонения в работе, как:
1. Короткое замыкание. Характеризуется превышением номинального напряжения в десятки раз. Проявляется яркой вспышкой света лампочки.
2. Перегрузка электросети. Даёт о себе знать нагреванием розетки, выключателя, вплоть до их возгорания.
3. Скачок тока. Следствие кратковременного превышения напряжения. При включении, лампа накаливания перегорает.
4. Слабый ток. Причиной может быть разрыв цепи. В таком случае тускло горит лампа накаливания.
5. Скачок напряжения. Чаще возникает из-за ударов молнии. В большинстве случаев это приводит к выходу из строя электроприборов.
6. Низкое напряжение. Бывает по причине частичного разрыва цепи. При длительном использовании низкого напряжения приборы выходят из строя.
Летний и зимний режимы электрических сетей относятся к нормальным, однако они характеризуются значительными нагрузками на систему в связи с высокими или низкими температурами и воздействием неблагоприятных погодных условий.
Режимы работы электрических систем и их параметры
При анализе работы сети различают параметры элементов сети и параметры ее режимов.
Параметрами элементов электрической сети являются сопротивления и проводимости, коэффициенты трансформации. К параметрам сети также относят электродвижущую силу (э.д.с.) источников и задающие токи (мощности) нагрузок. К параметрам режима относятся: значения частоты, токов в ветвях, напряжений в узлах, фазовых углов, полной, активной и реактивной мощностей электропередачи, а также значения, характеризующие несимметрию трехфазной системы напряжений или токов и несинусоидальность изменения напряжения и токов в течение периода основной частоты.
Под режимом сети понимается ее электрическое состояние. Рассмотрим возможные режимы работы электрических систем.
При работе в нормальном установившемся режиме значения основных параметров (частоты и напряжения) равны номинальным или находятся в пределах допустимых отклонений от них, значения токов не превышают допустимых по условиям нагревания величин. Нагрузки изменяются медленно, что обеспечивает возможность плавного регулирования работы
В переходном неустановившемся режиме система переходит из установившегося
нормального состояния в другое установившееся с резко изменившимися параметрами. Этот режим считается аварийным и наступает при внезапных изменениях в схеме и резких изменениях генераторных и потребляемых мощностей. В частности, это имеет место при авариях на станциях или сетях, например при коротких замыканиях и последующем отключении поврежденных элементов сети, резком падении давления пара или напоров воды и т.д. Во время аварийного переходного режима параметры режима системы в некоторых ее контрольных точках могут резко отклоняться от нормированных значений.
Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Этот режим чаще всего отличается от нормального, так как в результате аварии один или несколько элементов системы (генератор, трансформатор, линия) будут выведены из работы. При послеаварийных режимах может возникнуть так называемый дефицит мощности, когда мощность генераторов в оставшейся в работе части системы меньше мощности потребителей.
Параметры послеаварийного (форсированного) режима могут в той или иной степени отличаться от допустимых значений. Если значения этих параметров во всех контрольных точках системы являются допустимыми, то исход аварии считается благополучным. В противном случае исход аварии неблагополучен и диспетчерская служба системы принимает немедленные меры к тому, чтобы привести параметры послеаварийного режима в соответствие с допустимыми.
Источник: Конюхова Е. А. Электроснабжение объектов.
Помощь студентам
Повреждения и утяжеленные режимы работы электрических сетей
В трехфазных электрических сетях возможны повреждения электрооборудования и утяжеленные режимы работы. Повреждения, связанные с нарушением изоляции, разрывом проводов линий электропередачи, ошибками персонала при переключениях, приводят к КЗ фаз между собой или на землю (рис. 7.1). Возможны и более сложные повреждения. Кроме того, в случае развития повреждения не исключены переходы одного вида повреждения в другой с охватом большего числа фаз. При КЗ в замкнутом контуре появляется большой ток, увеличивается падение напряжения на элементах оборудования, что ведет к общему понижению напряжения во всех точках сети и нарушению работы потребителей; возникает также опасность нарушения параллельной работы электростанций.
Утяжеленные режимы работы электрических сетей возникают, как правило, в результате аварий или после аварийных отключений оборудования, при последующих перегрузках и отклонениях напряжения от номинальных значений. И хотя эти режимы в течение некоторого времени считаются допустимыми, все же они создают предпосылки для различного рода повреждений и расстройств в работе электрических сетей. Например, в сетях 6-35 кВ, работающих с изолированной нейтралью или заземлением через дугогасящий реактор, замыкание одной фазы на землю сразу не приводит к КЗ (в месте замыкания фазы на землю проходит лишь относительно небольшой емкостный ток) и не отражается на работе потребителей электроэнергии, поскольку при этом искажаются лишь фазные напряжения и не изменяются значения междуфазных напряжений. Однако для такого утяжеленного режима характерно повышение напряжения неповрежденных фаз относительно земли до линейного (рис. 7.2,
Для обеспечения нормальных условий работы электрических сетей и предупреждения развития повреждения необходимы быстрая реакция на изменения режима работы, незамедлительное отделение повредившегося оборудования от неповрежденного и при необходимости включение резервного источника питания потребителей.
Выполнение этих задач возложено на устройства релейной защиты и автоматики. Релейная защита в случае возникновения аварийного режима воздействует на отключение выключателей поврежденных участков сети или оборудования.
К релейной защите предъявляются следующие требования.
1. Автоматическое отключение оборудования электрических сетей в аварийных режимах должно быть избирательным (селективным). Это означает, что релейная защита должна отключать только поврежденное оборудование или участок сети. На рис. 7.4 пунктирной линией выделены участки, подлежащие автоматическому отключению в случае их повреждения. Неселективное действие релейной защиты приводит к развитию аварийной ситуации.
2. Автоматическое отключение оборудования при КЗ должно быть по возможности быстрым, чтобы уменьшить размеры повреждения и не нарушить режим работы электростанций и приемников электрической энергии. В современных электрических системах, оснащенных быстродействующими выключателями и совершенными устройствами релейной защиты, практически достигнуто наименьшее полное время отключения наиболее ответственных участков сетей 0,05-0,06 с. В распределительных сетях применяются менее быстродействующие выключатели и более простые защиты, поэтому полное время отключения поврежденного оборудования может достичь нескольких секунд.
3. Для того чтобы релейная защита реагировала в аварийных режимах, она должна обладать определенной чувствительностью, т.е. должна приходить в действие при КЗ в любом месте защищаемой зоны и при минимально возможном токе КЗ. Чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности Кч Для защит, реагирующих на ток КЗ,
где IКmin — минимальный ток КЗ;
Iсз — ток срабатывания защиты.
Значение коэффициента чувствительности в ряде случаев считается удовлетворительным, если он равен или более 1,5.
4. Релейная защита должна быть надежной, безотказно работать при КЗ в защищаемой зоне и только при тех режимах, при которых предусмотрена ее работа.
Устройства релейной защиты отличаются друг от друга по принципу действия, схеме включения и другим признакам. Применение тех или иных защит определяется особенностями электрического оборудования, схемами его включения, рабочим напряжением и ответственностью потребителей.
Рис. 7.1. Повреждения в электрической сети с заземленной нейтралью:
а, б, в — одно-, двух- и трехфазное КЗ соответственно; г — разрыв фазы
Устройства релейной защиты в электрических сетях дополняются устройствами противоаварийной автоматики, позволяющими быстро устранять опасные послеаварийные режимы и восстанавливать электроснабжение потребителей, исключая вмешательство персонала.
Ниже рассматриваются принципы действия, особенности схем и обслуживание оперативным персоналом некоторых наиболее распространенных устройств релейной защиты и автоматики на подстанциях энергосистем.
7.2
3. Режимы работы электрических сетей по реактивной мощности
КУ используются батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и статические источники реактивной мощности.
Потребители реактивной мощности имеют, как правило, индуктивный характер нагрузки. Рассмотрим с позиций теоретической электротехники совместную работу конденсаторов и потребителей с индуктивным характером нагрузки, подключенных параллельно к одной точке электрической сети. Работа потребителей индуктивного характера основана на создании магнитного поля, энергия которого в первую четверть периода берется от источника, во вторую четверть – отдается обратно источнику, в третью четверть энергия для создания магнитного поля вновь берется от источника, а в четвертую – вновь отдается источнику и т. д.
Конденсаторы имеют емкостной характер нагрузки. Работа такой нагрузки основана на создании электрического поля, энергия которого во вторую четверть периода берется от источника, в третью четверть – отдается источнику, в четвертую – вновь берется от источника, в первую четверть следующего периода – вновь отдается источнику и т. д. Таким образом, в течение каждой четверти периода индуктивная и емкостная нагрузки обмениваются энергией. Так, для создания магнитного поля в индуктивной нагрузке используется энергия электрического поля емкостной нагрузки, и наоборот.
Следовательно, конденсаторы являются источником реактивной энергии для индуктивной нагрузки.
Конденсаторные батареи выпускаются в виде комплектных устройств, состоящих из параллельно и последовательно включенных конденсаторов, коммутационной и защитной аппаратуры. Конденсаторные батареи устанавливаются в узлах электрической сети напряжением до 220 кВ. Мощность конденсаторной батареи зависит от количества параллельно-последовательно включенных конденсаторов в одной фазе, напряжения сети в точке подключения батареи и схемы включения фаз.
При включении фаз Cф конденсаторной батареи треугольником генерируемая одной фазой реактивная мощность в соответствии с рис. 3.2 составляет
где U, I – линейные напряжение и ток.
При включении фаз Сф конденсаторной батареи в звезду генерируемая одной фазой реактивная мощность составляет
Qкб = UфIф = UI/3, | (3.4) |
где Uф, Iф – фазные напряжение и ток.
Электрический расчет для основных режимов работы сети
Режимом сети называется ее состояние в любой момент времени и характеризируется такими параметрами, как частота, активная и реактивная мощность в элементах сети, напряжение, величиной тока, протекающим по участкам, потерями мощности и падения напряжения в сети.
Задача расчета режимов сети состоит в определении его параметров с целью определения условий, в которой работает эта сеть, а также нахождении эффективных способов снижения потерь электроэнергии, поддержания напряжения подстанции на допустимых пределах.
Для определения состояния сети рассмотрим:
13.1 Режим максимальных нагрузок в зимние сутки, когда возникают потоки мощности, связанные с наибольшим потреблением электроэнергии;
13.2 Режим минимальных нагрузок в летние сутки
13.3 Послеаварийный режим.
13.1 Электрический расчет максимального режима:
Определим реактивную мощность нагрузок:
При принятом cosφ=0,9 tgφ=0,488
Определим расчетную нагрузку подстанции, для чего приведем нагрузку к шинам высшего напряжения:
Сопротивление линии:
Находим распределение мощностей без учета потерь мощности в линии:
Найдем действительное распределение мощностей с учетом потерь мощности в линиях:
А
1
В
2
МВА
А
В
4
3
Примем мощности в конце линии l5:
Потери в в линии l5:
Мощность в начале линии l5:
Мощности в конце линии l6:
Потери в в линии l6:
Мощность в начале линии l5:
Мощности в конце линии l7:
Потери в в линии l7:
Мощность в начале линии l7:
В тупиковых линиях:
Мощности в конце линии l1:
Потери в в линии l1:
Мощность в начале линии l1:
Мощности в конце линии l3:
Потери в в линии l3:
Мощность в начале линии l3:
Определим действительную плотность тока в линиях:
Плотность тока на всех линиях близка к экономической, поэтому нет необходимости менять сечения проводов.
Определим коэффициент полезного действия линии:
Определим напряжение на шинах высшего напряжения (ВН) подстанции. Для обеспечения встречного регулирования напряжения считаем, что напряжение источников питания поддерживается на уровне 231 кВ.
Определим потерю напряжения на линии l6:
Напряжение на шинах подстанции 4:
Определим потерю напряжения на линии l7:
Напряжение на шинах подстанции 3:
Определим потерю напряжения на линии l5:
Напряжение на шинах подстанции 3:
Усредненное напряжение подстанции 3:
Определим потерю напряжения на линии l1:
Напряжение на шинах подстанции 1:
Определим потерю напряжения на линии l3:
Напряжение на шинах подстанции 2:
Определим потерю напряжения в трансформаторах:
Определим напряжение на шинах низшего напряжения (НН) подстанции, приведенное к шинам ВН:
При проектировании электрических сетей необходимо предусмотреть меры, обеспечивающие высокое качество электроэнергии, одним из основных показателей которого является отклонение напряжения на зажимах электроприемника. Наилучшим режимом работы токоприемников является режим при номинальном входном напряжении. Однако, при работе токоприемников, связанных общей сетью, вследствие падения напряжения в сети к каждому из них подводится напряжение отличающееся от номинального.
Отклонение напряжений во времени появляются из-за изменения нагрузки, режима напряжения в центре питания, типа потребителей электроэнергии, времени суток, года.
В этих условиях необходимо регулирование напряжения, под которым понимается такое изменение параметров системы (напряжение коэффициента трансформации, потерь), которое обеспечивает желанный режим напряжения.
Регулирование напряжения может осуществляться:
— изменением коэффициента трансформации под нагрузкой трансформатора с целью изменения режима напряжения в центре питания;
— включением конденсаторов параллельно или последовательно с нагрузкой с целью изменения потерь напряжения;
— изменением коэффициента трансформации нерегулируемых под нагрузкой трансформаторов и использованием линейных регуляторов с целью изменения величины добавок напряжения;
В процессе проектирования электрических сетей выбираются способы регулирования, подбираются регулировочные диапазоны и ступени регулирования, выбираются места установки соответствующих устройств системы автоматического регулирования.
Для обеспечения необходимых режимов напряжений в распределительных сетях в центрах питания устанавливаются централизованные средства регулирования напряжения, к которым относятся трансформаторы с регулированием под нагрузкой (РПН) и синхронные компенсаторы.
Все выбранные трансформаторы снабжены устройством для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) регулирования 230 ± 9 ·1,78%.
Таблица 6 приведенные напряжения стандартных ответвлений
Напряжение кВ | 133,123 | 131,376 | 129,329 | 127,285 | 125,235 | 123,188 | 121,141 | 119,094 | 117,047 | 115,0 |
266,846 | 262,752 | 258,658 | 254,564 | 250,47 | 246,376 | 242,282 | 238,188 | 234,094 | 230,0 | |
Ступени | +9 | +8 | +7 | +6 | +5 | +4 | +3 | +2 | +1 | 0 |
Напряжение кВ | 96,577 | 98,624 | 100,671 | 102,718 | 104,765 | 106,812 | 108,859 | 110,906 | 112,953 | 115,0 |
193,154 | 197,248 | 201,342 | 205,436 | 209,53 | 213,624 | 217,718 | 221,812 | 225,906 | 230,0 | |
Ступени | -9 | -8 | -7 | -6 | -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | 0 |
Зададимся желаемым напряжением на шинах НН:
Определим расчетные ответвления:
По расчетным ответвлениям выбираем из таблицы 6 стандартные ответвления:
Определим действительное напряжение на шинах НН подстанции:
Найдем отклонения действительного напряжения НН подстанции от желаемого:
Т.к отклонения малы, считаем, что работа трансформатора с выбранными стандартными ответвлениями обеспечивает качественным напряжение потребителей.
Режим — работа — электрическая сеть
Режим — работа — электрическая сеть
Cтраница 1
Режим работы электрической сети характеризуется параметрами: напряжениями в узлах Ui, токами в ветвях Л -, потерями мощности в сети АР и др. Одни параметры имеют технический характер, другие — экономический. Так, напряжения в узлах и токи в ветвях не должны превышать допустимых значений, так как в противном случае сеть не сможет выполнять своих функций. [1]
Режим работы электрической сети, как известно, определяется законами Ома и Кирхгофа. Зависимости, вытекающие из этих законов, лежат в основе всех методов расчета режимов. Каждый метод представляет собой определенную совокупность расчетных приемов, позволяющую преобразовать исходную информацию в конечную. Некоторые методы известны в нескольких модификациях. Между собой отдельные методы и модификации могут различаться по ряду признаков. Рассмотрим некоторые из них. [2]
Режим работы электрической сети или ее части определяется токовой нагрузкой линий и проводников, уровнем напряжения у подключенных к сети приемников электроэнергии и источников питания, напряжением проводников сети относительно земли и способом соединения нейтрали сети с землей, симметричностью многофазной системы напряжения, синусоидальностью напряжения, сопротивлением изоляции рабочих проводников между собой и относительно земли. [3]
Режимы работы электрических сетей энергосистем и потребителей влияют на расход электроэнергии, который складывается из величин потребления электроэнергии электроприемниками и потерь в сетях. [4]
На режимы работы электрических сетей оказывает влияние работа крупных синхронных электродвигателей, устанавливаемых на промышленных предприятиях, компрессорных и насосных станциях магистральных газо — и нефтепроводов. Ниже даны обозначения синхронных двигателей; в табл. 5.43 приведены номинальные значения параметров двигателей. [5]
Поэтому режим работы электрической сети и электростанции полностью зависит от режима потребления электроэнергии. [6]
На режимы работы электрических сетей оказывает влияние работа крупных синхронных электродвигателей, устанавливаемых на промышленных предприятиях, компрессорных и насосных станциях магистральных газо — и нефтепроводов. Ниже даны обозначения синхронных двигателей; в табл. 5.43 приведены номинальные значения параметров двигателей. [7]
Нарушения режима работы электрических сетей, носящие аварийный характер, как правило, сопровождаются резкими изменениями тока и напряжения в месте нарушения. [8]
Особенностью режима работы электрических сетей является то, что, как правило, этот режим не может устанавливаться в отрыве от режима электростанций и потребителей. Режим работы электрических сетей определяется установленной схемой соединений, установкой ответвлений трансформаторов и режимом работы электростанций и потребительских установок. [9]
При необходимости по режиму работы электрической сети разрешается разземлять нейтрали части трансформаторов 110, 150, 220 кВ ( с изоляцией нейтралей соответственно на 35 и 110 кВ), установленных на подстанциях и частично на электростанциях, если при этом нейтрали трансформаторов защищены соответственно разрядниками типов РВМ-35 РВМ-20, РВС-60, РВС-110. Разземленне нейтралей трансформаторов напряжением 330 кВ и выше не допускается. При включении или отключении разъединителем или отделителем трансформаторов НО кВ с изоляцией нейтралей на 35 кВ ( испытательное напряжение 85 или 100 кВ) требуется предварительное заземление нейтралей этих трансформаторов. [10]
При необходимости по режиму работы электрической сети разрешается разземлять нейтрали части трансформаторов ПО, 150, 220 кВ ( с изоляцией нейтралей соответственно на 35 и ПО кВ), установленных на подстанциях и частично на электростанциях, если при этом нейтрали трансформаторов защищены соответственно разрядниками типов РВМ-35 РВМ-20, РВС-60, РВС-110. Разземление нейтралей трансформаторов напряжением 330 кВ и выше не допускается. При включении или отключении разъединителем или отделителем трансформаторов ПО кВ с изоляцией нейтралей на 35 кВ ( испытательное напряжение 85 или 100 кВ) требуется предварительное заземление нейтралей этих трансформаторов. [11]
Разумеется, вопросы влияния режимов работы электрических сетей на эффективность производства далеко не исчерпываются влиянием одного из показателей качества электроэнергии — отклонения напряжения — на потребление электроэнергии, Освещение всей проблемы выходит за пределы возможностей одного автора, причем многие задачи этой проблемы еще не имеют законченного решения. [12]
Заземление нейтралей, обусловленное режимом работы электрической сети, называется рабочим заземлением в отличие от защитного заземления, выполняемого для обеспечения безопасных условий работы персонала, и грозозащитного заземления, предназначенного для обеспечения необходимых условий функционирования систем защиты электроустановок от перенапряжений. [13]
Перегрузки по напряжению нормально должны исключаться схемой и режимом работы электрической сети, а также защитными устройствами. Поэтому обычно рассматривается только допустимость перегрузок по мощности ( току) в условиях изменяющейся температуры охлаждающей среды. [14]
Номинальная мощность трансформаторов однотранс-форматорной подстанции в зависимости от схемы и режимов работы конкретной электрической сети в общем случае определяется нормальным или аварийным режимами ее работы, при этом расчетные нагрузки в нормальном режиме должны находиться в пределах экономически целесообразных интервалов нагрузок. [15]
Страницы: 1 2 3
4. Расчет установившихся режимов электрических сетей
•проверка допустимости параметров режима для элементов сети, в частности проверка допустимости величин напряжений по условиям работы изоляции, величин токов − по условиям нагрева проводов, величин мощностей − по условиям работы источников активной и реактивной мощности;
•оценка качества электроэнергии путем сравнения отклонений напряжений в сети с допустимыми отклонениями напряжений от номинальных значений;
•определение экономичности режима по величинам потерь мощности и электроэнергии в электрической сети.
Исходными данными для расчета установившегося режима электрической сети являются:
•принципиальная схема электрической сети, характеризующая взаимную связь между отдельными ее элементами;
•расчетная схема замещения электрической сети, состоящая из схем замещения отдельных элементов, т.е. из сопротивлений, проводимостей, коэффициентов трансформации, называемых
параметрами схемы замещения электрической сети;
•значения активных и реактивных мощностей в узлах нагрузки;
•значения активных и реактивных мощностей источников питания, кроме одного, называемого балансирующим по мощности и покрывающим небаланс между вырабатываемой и потребляемой в ЭЭС мощностями;
•значение напряжения в одном из узлов электрической сети,
называемом базисным узлом по напряжению.
Электрическая сеть с позиций теоретической электротехники является электрической цепью и для ее расчета справедливы законы Ома и Кирхгофа и все методы расчета электрических цепей, известные из теоретической электротехники. Электрическая сеть (электрическая цепь) состоит из ветвей, узлов и контуров. Ветвью называется участок сети, состоящий из последовательно соединенных элементов, по которым протекает один и тот же ток. Узлом называют место соединения двух или более ветвей. Контуром называют замкнутый участок сети, состоящий из нескольких ветвей.
Электрическая сеть, не содержащая контуров, называется разомкнутой (рис. 3.4,а,б). В такой сети каждый узел нагрузки получает питание с одной стороны (от одного источника). Замкнутая сеть содержит контуры. Простейшая замкнутая сеть – это кольцевая сеть (рис. 3.4,в), в которой каждый узел нагрузки получает питание с двух сторон. В
сети с двухсторонним питанием (рис. 3.4,г) каждый узел нагрузки получает питание с двух сторон от разных источников питания. Сложнозамкнутая сеть (рис. 3.4,д) содержит не менее двух контуров с общими ветвями. Нагрузки в такой сети могут получать питание с двух и более сторон.